Hogyan fűtik a TRUMPF lézerek az elektromos autót

Amikor egy elektromos autót vásárol, nem gondolkodik azon, hogyan is működik benne a fűtés, vagy egyáltalán működik-e - ezt előre feltételezi. Az elektromos autóban a fűtés biztosítja a komfortot és a jégmentes, tiszta szélvédőt. Továbbá növeli a bizonyos hőmérsékleteket kedvelő akkumulátor hatásfokát. 

Az elektromos motorok nem termelnek üzemelés közben fölösleges hulladékhőt, mint a belső égésű motorok. Ez azt jelenti, hogy a járműnek minden esetben egy önálló kiegészítő fűtésre van szüksége, megfelelő teljesítménnyel. Az akkumulátor áramával melegít fel egy hordozó közeget, a klasszikus hűtővizet vagy az akkumulátor-olajat, és ezáltal biztosítja a jóleső meleget. Mint minden más komponensnél, a fűtésnél is érvényes: minél kompaktabb és könnyebb, annál jobb. A Webasto német gyártó elöl jár e kritériumok szempontjából.

És új nagyfeszültségű fűtésével a piacvezető az autóipari fűtéstechnika területén rátesz még egy lapáttal. Különböző fedélzeti feszültségekhez illesztve és fokozatmentesen szabályozható teljesítménnyel ez még a fedélzeti hálózat stabilizálásához is hozzájárul. Ezt az innovatív termékdizájn három lézeres megoldás és kitűnő tulajdonságaik teszik lehetővé. 

Jörn Schmalenberg a felelős az elektromos fűtőkészülékek gyártástechnológiája területén a neubrandenburgi telephelyen. Ott készül a fűtési komponensek 95 százaléka az autóipari beszállító portfóliójából - úgy a belső égésű motoros járművek, mint az elektromos autók számára. Milliós nagyságrendű alkatrészekről beszélünk, amelyeket a Webasto megbízható nagy teljesítményű lézerekkel gyárt és utána világszerte forgalmazza. "Az elektromos autók fűtésénél az alapelv már régóta ismert: a hőcserélő felmelegít egy folyadékot, ami fűtővezetékeken keresztül kerül szétosztásra. A hűtővíz és a nagyfeszültség nem fér össze. Ezért kötelezően szükséges, hogy fűtésünk burkolata abszolút tömör legyen és ne lépjen ki folyadék."  

A Webasto egy könnyű fröccsöntött alumínium burkolatot használ. Ennek a szerkezeti anyagnak a tömör hegesztéséhez a klasszikus elektronsugaras hegesztés nagyvákuum alatt túl lassú és túl drága lenne. A lézerbarát vállalat ezért inkább egy diszklézert használ, amely atmoszferikus nyomáson védőgáz nélkül is dolgozik. És ezt a lehető leggyorsabban és a legjobb teljesítménnyel, mivel: az alfa és az omega egy pórusmentes hegesztési varrat. Ha egy lézer alacsony teljesítménnyel piszmog, az olvadó alapanyagban pórusok képződhetnek és gyűlhetnek össze - a burkolat szivárogni fog. "Egy kicsit a fakalapács módszerre is támaszkodunk a 16 kilowattos TruDisk-kel, és nem is hagyunk időt a gázbuborékok képződésére."

Itt döntő, hogy a lézer egy lehetőleg nagy gőzcsatornát hozzon létre. "A magas lézerteljesítmény stabil gőzcsatornát biztosít. Az elv: a sok sokat segít", mondja Schmalenberg. Jelenleg a Webasto nagyon meg van vele elégedve, azonban máris az új multifókuszú optika többletértékét vizsgálja ehhez az alkalmazáshoz. Ez négy külön foltra osztja fel a lézersugarat. Ezek egy négyszöget alkotnak és úgy vannak elrendezve, hogy hatósugaruk fedésben legyen és egy igazán nagy gőzcsatorna jöjjön létre. A lézerteljesítmény egyenletesen oszlik el a teljes hatófelületen. A gőzcsatorna állandóan nyitva marad, semmi sem kollabál, nincsenek folyamatpórusok. 

Amennyiben a burkolat gáztömören van összehegesztve, a Webasto kontaktolja a fűtőelemeket. Ahhoz, hogy az áram rendesen áramolhasson, rézre van szükség. "Az illesztési partnerek, mint az alkalmazott réz, azonban nagy mértékben fényvisszaverők, ami rettenetesen megnehezíti a lézeres hegesztést." Az akkumulátorcellákhoz hasonlóan a Webasto fűtőrendszere sem reagál jól a mély hegesztési varratokra, amelyek más rétegeket is megsérthetnek. "Ezért a lézer beolvadási mélységét pontosan kell tudjuk szabályozni. A klasszikus infravörös lézerrel itt nem jutottunk előrébb", meséli Schmalenberg.

A TRUMPF lézerek zöld hullámhosszának nagyobb az abszorpciós foka rézben. A megfelelő impulzusszekvenciával rendkívüli ismétlési pontossággal valósíthatók meg a beolvadási mélységek - fröcskölésmentesen és teljesen védőgáz nélkül. A TruDisk Pulse 421 ezt négy kilowattal éri el milliszekundumos tartományban mozgó impulzus időtartamokkal. Schmalenberg hozzáteszi: "Több millió alkatrésznél még egyetlen hiba sem volt, és összességében minden jelentősen lazábban működik. Amikor rézhegesztésről van szó, semmi mást nem teszünk: következetesen a zöld, impulzusvezérlésű rendszereket használjuk. Az infravörös már a múlté."

Amikor a Webasto meg van elégedve a rézen végzett munkával, a tényleges fűtőelemek formába hozásáról van szó. Itt sokat nyom a latban a speciálisan kifejlesztett vékonyréteg technológiájuk: a Webasto nem teszi rá a vezetőpályákat, hanem a struktúrát közvetlenül egy vékony fémrétegbe helyezi. Ez a fűtést maximálisan lapossá teszi. "Itt a maximális pontosság nagyon fontos az anyag strukturálásánál, hogy a lézer ne dolgozzon túl mélyen és ne hatoljon az alatta lévő rétegekbe", magyarázza Schmalenberg, aki ehhez a TruMicro ultrarövid impulzusú lézerre szavaz. "A strukturálásnál tiszta leválasztást és pontos éleket szeretnénk. Nem következhet be az anyag megolvadása, hogy ne kockáztassunk termékhibákat. Az ultrarövid impulzusú lézerek az anyagot közvetlenül szilárd állapotból gáz halmazállapotúvá változtatják, és így lehetővé teszik a kívánt lapos termékdizájnt." 

Mivel a fűtés szuper lapos, egész közel szerelhető a hűtővizet vezető komponensekhez. "A hűtővizet vezető komponensekhez viszonyított térbeli közelség miatt rendkívül rövid reakcióidőnk van a hőt a vízbe vinni. A speciális felépítésnek köszönhetően a fűtési teljesítmény is szinte fokozatmentesen szabályozható - 400 volttal is, és 800 volttal is. Ez előttünk még senkinek sem sikerült“, mondja büszkén Schmalenberg. Továbbá a fűtés feszültségcsúcsok esetén úgy működik, mint egy kondenzátor, és ezért még az elektromos autó fedélzeti hálózatának stabilizálásához is hozzájárul.

Egy olyan vállalat számára, mint a Webasto, amely a magas fizetésű Németországban gyárt, egy nagyfokú automatizáltság szükséges sok lézerrel. Éppen úgy, mint a nagyfokú innováció, például az új lézertechnológiák révén. Ezek teszik a Webastot egy világszerte keresett szereplővé. "Feltételezhetjük, hogy a globálisan gyártott elektromos autók szinte egyikéből sem hiányzik az európai gyártó elsőrendű elektrotechnikai komponense, amely a mi gyártószalagunkról kerül le."